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CN111288307A - Led光源模块及灯具 - Google Patents

Led光源模块及灯具 Download PDF

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CN111288307A CN201811502116.XA CN201811502116A CN111288307A CN 111288307 A CN111288307 A CN 111288307A CN 201811502116 A CN201811502116 A CN 201811502116A CN 111288307 A CN111288307 A CN 111288307A
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林聪毅
杜金
何孝亮
许礼
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Shanghai Sansi Electronic Engineering Co Ltd
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Shanghai Sansi Electronic Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明提供LED光源模块及灯具，所述结构包括：基板、设于所述基板上的LED芯片、及罩设于各该LED芯片的透镜；其中，所述LED芯片覆盖含有荧光粉的封装胶；所述透镜及LED芯片之间设有透明的透镜填充胶。所述LED光源模块解决为了提升光效而填充高透有机硅胶，但高透有机硅胶会导致部分芯片色温漂移，从而导致的灯具色温漂移问题，通过提升LED光源模块及灯具进一步提升灯具光效，改善芯片散热，延长LED灯具中芯片工作寿命。

Description

LED光源模块及灯具
技术领域
本发明涉及一种提升LED光源模块，特别是涉及包括该光源模块的灯具。
背景技术
伴随着LED照明灯具的发展，提升LED灯具的光通量、改善LED灯具的散热，是目前LED灯具的发展方向之一。一般来说，封装的功能在于提供芯片足够的保护，防止芯片在空气中长期暴露或机械损伤而失效，以提高芯片的稳定性；对于LED封装，还需要具有良好光取出效率和良好的散热性，好的封装可以让LED具备更好的发光效率和散热环境，进而提升LED的寿命。
现有LED灯具的透镜多使用PC或PMMA材料，其折射率高于空气的折射率。芯片发出的光经过空气到达透镜后，存在一定比例的全反射损耗，使得光通量降低。当前芯片的出厂色温是指芯片暴露在空气时检测出的色温，经过改变介质后填充胶在固化过程中，由于受热不均匀，造成一部分胶先固化，这样就容易造成混合在胶内的荧光粉下沉和分散不均匀，致使光折射规律不一致而造成色散现象，造成了色温漂移。由此可知现有LED具有光效不理想，散热能力低的缺陷。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提升LED光源模块及灯具，用于解决现有技术中因填充高透有机硅胶(填充高透有机硅胶可提升光效，但会导致部分芯片色温漂移)导致的灯具色温漂移问题；若能将空气层替换为一种与透镜折射率相接近的光学材料，可明显减少反射损耗，提升LED灯具的光通量(减少热损耗)进一步提升灯具光效，改善芯片散热，延长LED灯具中芯片工作寿命的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED光源模块，包括：基板、设于所述基板上的LED芯片、及罩设于各该LED芯片的透镜；其中，所述LED芯片覆盖含有荧光粉的封装胶；所述透镜及LED芯片之间设有透明的透镜填充胶。
于本发明的一实施例中，所述封装胶的外形为凸球冠型或凸椭冠形。
于本发明的一实施例中，所述LED芯片为蓝光晶片。
于本发明的一实施例中，所述封装胶中所含有荧光粉的吸收谱与所述LED芯片的发射谱相匹配。
于本发明的一实施例中，所述封装胶中所含有的与荧光粉复配置的封装胶体为透过率达到95％环氧胶或有机硅胶。
于本发明的一实施例中，所述透镜内、外侧分别具有入射面和出射面；所述入射面和出射面的表面至少部分是磨砂的。
于本发明的一实施例中，所述透镜填充胶为透过率达到95％的环氧胶或有机凝胶。
于本发明的一实施例中，所述透镜填充胶的折射率与所述透镜的折射率是相近或相同的。
于本发明的一实施例中，所述透镜填充胶的折射率为1.49或1.56。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED灯具，包括所述的LED光源模块。
如上所述，本发明的LED光源模块及灯具，具有以下有益效果：所述结构解决为了提升光效而填充高透有机硅胶，但高透有机硅胶会导致部分芯片色温漂移，从而导致的灯具色温漂移问题，通过提升LED光源模块及灯具进一步提升灯具光效，改善芯片散热，延长LED 灯具中芯片工作寿命。
附图说明
图1显示为本发明LED光源模块的结构示意图。
图2显示为本发明应用LED光源模块的结构示意图。
图3显示为本发明应用铝基板LED光源模块的结构示意图。
元件标号说明
1 LED光源模块
11 基板
12 芯片
13 封装胶
14 透镜
15 透镜填充胶
2 应用LED光源模块
21 陶瓷散热板
22 5050芯片
23 封装胶
24 PC透镜
25 低折硅凝胶
3 应用铝基板LED光源模块
31 铝基板
32 3030芯片
33 封装胶
34 PMMA透镜
35 低折硅凝胶
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、““下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
如图1所示，本专利申请提供一种提升LED光源模块1，所述光源模块1包括：基板11、设于所述基板11上的LED芯片12、及罩设于各该LED芯片12的透镜13；其中，所述LED 芯片12覆盖含有荧光粉的封装胶14；所述透镜13及LED芯片12之间设有透明的透镜填充胶15。
在一实施例中，LED经过封装后，所述封装胶14的外形为凸球冠型或凸椭冠形。
所述封装胶14的外形为凸球冠型或凸椭冠形，用来保护LED芯片12等不受外界侵蚀；采用为凸球冠型或凸椭冠形起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角，视角将增大。由于光线分散很小，所以它的光线射程要更远和清晰。所述的光源模块1的封装胶14外形为凸球冠型或凸椭冠形并且所述透镜13、LED芯片12、封装胶14、透镜填充胶15不会出现结构干涉。
在一实施例中，所述LED芯片12是LED灯的核心组件，也就是指的P-N结。其主要功能是：把电能转化为光能，芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。在本发明中采用蓝光晶片，LED 本身能发光，但波长较短，最长的就是蓝光了，也就是说，蓝光LED可以靠自身发出蓝光来实现。在发蓝光的芯片上涂能吸收蓝光而发黄光的荧光粉，则组合发白光。普遍采用的蓝光晶片芯片有：流明5050芯片、3030芯片、757芯片等。
在一实施例中，所述由LED荧光粉复配置的封装胶14用来作为介质后，由于多次荧光问题，不同色光比例发生改变，导致色温漂移的缺陷则需要使用荧光粉调整色温、显指的问题。所述应用吸收谱与晶片的发射谱相匹配的LED荧光粉可以利用某些波段LED发光效率高的优点来制备其他波段的LED，以提高该波段的发光效率。LED的发光波长还很难精确控制，因而会造成有些波长的LED得不到应用而出现浪费，采用荧光粉可以将这些所谓的"废品"转化成我们所需要的颜色而得到利用。可用的LED荧光粉包括氯酸盐荧光粉(发光颜色黄色)、硅酸盐荧光粉(发光颜色绿色、橙色)、氮/氧化物荧光粉(发光颜色红色、绿色)、钨酸盐荧光粉(发光颜色红色)等。其中，可以通过采用蓝光LED芯片和黄色荧光粉，由蓝光和黄光两色互补得到白光，或用蓝光LED芯片配合红色和绿色荧光粉，由芯片发出的蓝光、荧光粉发出的红光和绿光三色混合获得白光。
在一实施例中，所述封装胶14用来封装LED芯片12以达到提供LED芯片12足够的保护，防止LED芯片12在接触空气或机械损伤而失效，以提高LED芯片12的稳定性；对于LED 封装，还需要具有良好光取出效率和良好的散热性，好的封装材料可以让LED具备更好的发光效率和散热环境，进而提升LED的寿命。所述封装胶体选用透过率达到95％环氧胶或有机硅胶，所述环氧胶固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。所述有机硅胶具有良好的耐温、耐候以及良好的电绝缘性能。所述封装胶的尺寸可以根据实际需求加以选择；例如直径2mm，3mm，或4mm等。
在一实施例中，所述罩设于各该LED芯片12的透镜13设置有入射面及出射面。可以添加有散射剂，光通过透镜13的入射面入射，通过透镜13的出射面出射。所述透镜应用于LED 结构根据材料大多选用PMMA透镜、PC透镜。PMMA透镜由(聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力)一种塑胶类材料制成，具有生产效率高(可以通过注塑、挤塑完成)、透光率高(3mm 厚度时穿透率93％左右)的优点，但是温度不能超过80°(热变形温度92度)。PC透镜是由聚碳酸酯塑胶类材料制成，生产效率高(可以通过注塑、挤塑完成)、透光率稍低(3mm 厚度时穿透率89％左右)，但温度不能超过110°(热变形温度135°)。还可以使用硅胶透镜以及玻璃透镜。
所述透镜13固定在基板11上并罩住LED芯片12和封装胶14与LED成为一个整体，LED芯片理论上发光是360度，但实际上芯片经过封装后，最大发光角度是180度(大于180°范围也有少量余光)，另外芯片还会有一些杂散光线，这样通过透镜就可以有效汇聚chip的所有光线并可得到如180°、160°、140°、120°、90°、60°等不同的出光角度，但是不同的出光角度LED的出光效率有一定的差别，根据不同的实际需求，对出光度和光线强度的不同可以通过对所述透镜入射面和出射面进行磨砂处理来达到想要的出光效果。相比与同种类型的现有LED光源模块的同等磨砂处理，本发明的出光效率明显更好。
在一实施例中，所述透镜填充胶15，介于所述透镜13的入射面及芯片12之间；所述透镜填充胶15可以适用于大功率LED的透镜填充封装，透光率高并具有一定弹性，封装后可与透镜之间形成均一厚度的隔层。空气的导热系数约为0.02W/m·K，普通透明硅胶的导热系数约为0.2W/m·K，将芯片及透镜之间空气层替换有机硅胶亦能减少热阻，增加散热。由于芯片折射率与空气折射率相差太大，致使芯片内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分易在芯片内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的填充胶作过渡，提高芯片的光出射效率。本发明使用的所述填充胶 15为透过率达到95％环氧胶或有机凝胶，所述环氧胶固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。或者采用胶硫化后成为柔软透明的所述有机硅凝胶，可在-65～200℃温度范围内长期保持弹性，它具有优良的电气性能和化学稳定性能、具有生理惰性。所述透镜填充胶的尺寸可以根据实际需求加以选择；例如直径2mm，3mm，或4mm等。
在一实施例中，所述透镜填充胶15可以适用于大功率LED的透镜填充封装，透光率高并具有一定弹性，封装后可与透镜之间形成均一厚度的隔层。选用与透镜折射率相接近或相同的光学材料作为填充胶，可明显减少反射损耗，提升LED灯具的光通量(减少热损耗)。
在一实施例中，所述光源模块1中的透镜13多使用PC或PMMA材料，其折射率分别为1.56、1.49，则所述透镜填充胶的折射率为1.49或1.56。
根据所述的光源模块1，具体举例实际应用中的实施例。
举例来说，根据图2描述的应用LED光源模块2,陶瓷散热体21、设于所述陶瓷散热体 21上的4000K色温5050LED芯片22、及罩设于各该LED芯片22的PC透镜23；其中，所述LED芯片22覆盖含有中心波长为620nm及552nm的荧光粉的低折有机硅封装胶24；所述透镜23及LED芯片22之间设有透明的低折有机硅凝胶25。按照本发明的实施例，达到了提升光效和增加散热的目的。
举例来说，根据图3描述应用铝基板LED光源模块3,铝基板31、设于所述铝基板31上的4000K色温3030LED芯片32、及罩设于各该LED芯片32的PMMA透镜33；其中，所述LED芯片32覆盖含有中心波长为620nm及552nm的荧光粉的低折有机硅封装胶34；所述透镜33及LED芯片22之间设有透明的低折有机硅凝胶35。按照本发明的实施例，达到了提升光效和增加散热的目的。
通过以上实施例实际应用所述光源模块可以增加或不改变芯片相关色温、显指。
与本发明的一实施例中，本发明还可以提供一种LED灯具，根据所述提升LED光源模块封装。
所述灯具是指能透光、分配和改变LED光源光分布的器具，包括除LED光源外所有用于固定和保护LED光源所需的全部零、部件，以及与电源连接所必需的线路附件，它包括用于显示屏、交通讯号显示光源的LED灯具、应用于汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等、应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机以及替换传统照明灯具等方面。
经实验所述LED灯具可改善芯片散热，降低芯片附近温度5～10℃，灯具光效提升在 4％～12％，发光角度增加10％～25％。
综上所述，本发明提升封装LED光源模块及灯具，包括：基板、设于所述基板上的LED 芯片、及罩设于各该LED芯片的透镜；其中，所述LED芯片覆盖含有荧光粉的封装胶；所述透镜及LED芯片之间设有透明的透镜填充胶。所述结构解决因填充高透有机硅胶(填充高透有机硅胶可提升光效，但会导致部分芯片色温漂移)导致的灯具色温漂移问题；进一步提升灯具光效，改善芯片散热，延长LED灯具中芯片工作寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种LED光源模块，其特征在于，包括：
基板、设于所述基板上的LED芯片、及罩设于各该LED芯片的透镜；
其中，所述LED芯片覆盖含有荧光粉的封装胶；所述透镜及LED芯片之间设有透明的透镜填充胶。
2.根据权利要求1所述的LED光源模块，其特征在于，所述封装胶的外形为凸球冠型或凸椭冠形。
3.根据权利要求1所述的提升LED光源模块，其特征在于，所述LED芯片为蓝光晶片。
4.据权利要求1或3所述的LED光源模块，其特征在于，所述封装胶中所含有荧光粉的吸收谱与所述LED芯片的发射谱相匹配。
5.根据权利要求1所述的LED光源模块，其特征在于，所述封装胶中所含有的与荧光粉复配置的封装胶体为透过率达到95％环氧胶或有机硅胶。
6.根据权利要求1所述的提升LED光源模块，其特征在于，所述透镜内、外侧分别具有入射面和出射面；所述入射面和出射面的表面至少部分是磨砂的。
7.根据权利要求1所述的提升LED光源模块，其特征在于，所述透镜填充胶为透过率达到95％的环氧胶或有机凝胶。
8.根据权利要求1所述的提升LED光源模块，其特征在于，所述透镜填充胶的折射率与所述透镜的折射率是相近或相同的。
9.根据权利要求7所述的提升LED光源模块，其特征在于，所述透镜填充胶的折射率为1.49或1.56。
10.一种LED灯具，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的LED光源模块。
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